تصویرسازی هولوگرافی سیاهچاله در پوسته‌ی گرافن : کیهانی در دل ذرات

یافته‌های جدید نشان می‌دهد طبیعت دو بعدی و ساختار لانه زنبوری گرافن باعث حرکت ذرات باردار در یک مسیر و برخوردهای مکرر آن‌ها می‌شود. دانشمندان از این ویژگی‌ منحصر به فرد گرافن برای مطالعه‌ی ساختار سیاهچاله‌ها و درک بهتر آن‌ها استفاده کردند. آنها به طور نظری توانستند پوسته‌ی گرافنی را به هولوگرام کوانتومی یک سیاه چاله تبدیل کنند. نتایج این پژوهش جدید و جذاب که با مشارکت گروهی از محققان در دانشگاه های مختلف دنیا به انجام رسیده در آخرین شماره مجله Physical Review Letters منتشر شده است. با دیپ لوک همراه باشید…

گروهی از فیزیکدانان با استفاده از روش‌های نظری نشان دادند با اعمال یک میدان مغناطیسی به یک پوسته نامتقارن گرافنی کوچک، پوسته گرافنی به هولوگرام کوانتومی یک سیاهچاله تبدیل می‌شود. این بدان معنی است که پوسته‌ی گرافنی، ساختار فضایی و خصوصیات مشخص سیاهچاله را در ابعاد و اندازه‌های کوچکتر بازسازی می‌کند. دانشمندان می‌گویند:

ما نشان دادیم می‌توان از گرافن ، تحت شرایط خاص در مواردی جدید و هیجان‌انگیز استفاده کرد. به ویژه الکترون‌های موجود در یک پوسته‌ از نانو ذرات گرافنی با مرز نامنظم که با استفاده از مدلی تحت عنوان مدل (Sachdev-Ye-Kitaev- SYK) در اثر اعمال میدان مغناطیسی تولید می‌شوند، بسیار مورد توجه فیزیکدانان قرار گرفته است.

مدل SYK بیانگر نوعی «دوگانگی هولوگرافی» است که در آن یک سیستم با ابعاد بالاتر ( در اینجا یک سیاهچاله با بعد فضا-زمان (۱+۱)) را می‌توان توسط یک سیستم با ابعاد پایین‌تر (در اینجا الکترون‌های گرافن با ابعاد فضا-زمانی (۰+۱)) نشان داد.

نوع دوگانگی هولوگرافی که توسط مدل SYK نشان داده شده است، از این جهت جالب است که برخی از خواص مختص سیاهچاله‌ها مانند انتروپی باقیمانده غیر صفر و انتشار آشوب کوانتومی را نشان می‌دهد. همچنین این مدل ممکن است به پرسش‌های اساسی در مورد ارتباط بین مکانیک کوانتومی و گرانش کمک کند. آنها می‌گویند:

 مدل SYK  توانایی ارائه‌ی یک توصیف هولوگرافی از یک سیاهچاله کوانتومی را دارد. بیشتر راز‌های مبهوت کننده در فیزیک مدرن در مرز میان نسبیت عام اینشتین (نظریه‌ایی که توصیف کننده‌ی فضا-زمان، گرانش و سیاهچاله‌هاست) و مکانیک کوانتومی (نظریه توصیف کننده‌ی پدیده‌های میکروسکوپی، از قبیل الکترون‌ها، اتم‌ها، و غیره) قرار گرفته‌اند. بنابراین درک بهتر مدل SYK می‌تواند راه‌حل مناسبی برای این مسائل بنیادی فیزیک مدرن باشد.

بر خلاف دیگر سیستم های پیشنهاد شده برای نشان دادن مدل SYK، فاز کوانتومی جدید گرافن ، نیازی به تکنیک‌های پیشرفته نداشته و امکان بررسی آن با استفاده از تکنولوژی‌های موجود وجود دارد. تنها شرط لازم و اساسی این است که پوسته‌ی گرافن دارای مرز بسیار نامنظم و یک محیط تمیز بوده به طوری که توابع موج الکترونی دارای ساختار تصادفی فضایی شوند تا شرایط لازم برای تحقق هولوگرام سیاهچاله را فراهم نمایند. محققان می‌گویند:

ما در حال حاضر بر روی درک ویژگی‌های انتقال پوسته‌ی گرافن در مدل SYK، کار می‌کنیم. به طور کلی امیدواریم نتایج نظری ما، انگیزه‌ی لازم برای محققان تجربی را برای مطالعه پوسته‌ی گرافن به عنوان عاملی برای تولید فیزیک SYK فراهم آورد و ما آماده ارائه پشتیبانی نظری از هر گونه پژوهشی هستیم.